KR20010052933A

KR20010052933A - 구성면 여과 매체

Info

Publication number: KR20010052933A
Application number: KR1020007014302A
Authority: KR
Inventors: 인슬레이토마스아이.; 존스톤레이몬드피.
Original assignee: 스프레이그 로버트 월터; 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2001-06-25
Also published as: CA2334121C; EP1100607A1; DE69820912T2; AU4179899A; WO1999065593A1; EP1100607B1; KR100505776B1; ES2210863T3; DE69820912D1; BR9815911A; CA2334121A1; JP4183911B2; US20020027101A1; US6524488B1; JP2002518151A

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 폴리머 구성층을 갖는 여과 매체에 관한 것으로서, 상기 층내에는 구성면이 형성된다. 층은 적층부의 표면을 통해 개방된 다수의 정렬 입구를 형성하는 구성면을 갖는 적층부로 형성되고, 정렬된 유체 통로에 대응하므로써 정렬된 다공성 체적을 형성하는 구성면을 갖는 적층부로 형성된다. 정렬된 유체 통로는 구성층의 구성면내에 형성된 다수의 유동 채널에 의해 형성되거나, 구성층의 구성면내에서 정렬 패턴으로 형성된 다수의 돌기에 의해 형성된다.

Description

구성면 여과 매체{STRUCTURED SURFACE FILTRATION MEDIA}

유체 흐름으로부터 미립자를 제거하기 위한 여과 매체 및 여과 장치에 대한 발전은 비직조 파이버 기술 분야에서는 주요한 관심이 되어 왔다. 마이크로데니어 스테이플 파이버의 융융취입 미섬유로부터 유도된 웨브를 사용하므로써, 단위직물체적당 허용가능한 표면적을 증가시키기 위해 파이버 크기를 감소시키려는 경향이 추구되어 왔다. 이러한 비직조물은 일반적으로 폴리머 기본형의 엉킴 결합된 저밀도 웨브로서, 미크론이나 거의 미크론 크기에 가까운 파이버를 사용하고 있다.

섬유형 필터에 의해 유체 흐름으로부터 미립자 제거를 제어할 수 있는 주요한 메카니즘으로는 직접 차단과, 관성 고착과, 확산과, 그리고 정전에 의한 견인 등을 들 수 있다. 차단에 의한 미립자 수집은 가스 유동선을 흐르는 미립자가 여과면을 타격하여 이에 의해 포획될 때 발생된다. 관성 고착에 의한 방법은 미립자가 유체 흐름으로부터 이탈되어 파이버를 타격하므로써 이루어진다. 확산 수집방법은 매우 작은 미립자의 브라운 운동(Brownian motion)이 여과면과의 접촉 확률을 강화시킬 때 발생된다. 이러한 운동은 미립자를 그 유동선으로부터 이탈시켜 각각의 필터 파이버에 수집되게 한다. 정전 수집은 대전된 미립자를 쿨롱 견인력에 의해 대향 극성의 수집면에 견인되게 하는 중요한 메카니즘이다.

특히 가스 필터와 같은 섬유형 유체 필터는 전형적으로 모두 4가지 포획 메카니즘을 조합하고 있다. 비직조 필터는 그 본래 특성으로 인해 이러한 섬유형 필터의 장점을 모두 채택하고 있다. 그러나, 그 고유의 특성상, 여과 매체로서의 비직조물에 대한 한계를 내포하고 있다. 비직조 웨브에 대한 정의는 제한된 기하학적 정렬을 갖는 임의 형성된 구조물을 의미한다. 웨브 내에서의 파이버 형태에 대한 섬유도(degree of fiber)와 각각의 파이버 사이의 변수로 인해 제한된 정렬이 존재한다. 이러한 제한된 정렬은 슁글(shingle)이나 파이너 네스트(fiber nest)로 공지된 거시 구조의 형성에 따른 현저한 불균일성에 의해서도 명백한 것임을 알 수 있다. 웨브 거시 구조는 웨브를 횡단하는 대량의 변수와 마찬가지로 세공 크기 변수의 원인이 되는 국부적인 집중 상태를 갖는다. 그 결과, 파이버 사이의 매우 큰 개구는 미립자를 차단하고, 작은 개구는 충진하여 비효과적으로 된다. 여과 매체 설계에 있어서, 이러한 제한은 필터를 통한 높은 유동 저항의 비용으로 부가적인 재료를 사용하므로써 완화된다. 이러한 효과는 여과용으로의 사용중에도 인가된 유체력에 의해 복합화되어, 웨브 구조와 여과 장치의 효능을 변화시킬 수 있다. 또한, 웨브를 예를 들어 주름잡힌 제품과 같은 기계적으로 제품화하는 웨브의 압력 로딩은 파이버와 웨브의 부가적 변형을 초래하여, 여과 효능을 감소시키게 된다.

여과 매체로서 표면적이 큰 비직조 웨브의 다른 제한은 필터가 호흡용 마스크처럼 얇고 평탄한 비직조 웨브층을 사용할 때나, 방이나 로(爐) 또는 컴퓨터 필터와 같은 3차원 이상으로 배치된 주름층을 사용할 때 발생된다. 그 각각의 사용용도상, 호흡용 마스크 형태의 표면을 횡단하는 유체 속도는 낮아지려는 경향을 띄는 반면에, 순환용 에어 필터 즉, 방이나 로(爐) 또는 컴퓨터 필터 등의 표면을 횡단하는 유체 속도는 높아지려는 경향을 갖게 된다. 그러나, 이러한 두가지 상황에 있어서, 비직조 웨브 재료는 전형적으로 표면 로딩 여과를 수행하므로써 결과적으로 표면 블라인딩을 초래하게 된다. 상기 표면 블라인딩에 있어서, 제1 필터 재료층은 유체 흐름으로부터 제거된 미립자로 충진되어 막히게 된다. 따라서, 필터는 필터 매스의 상당 부분을 효과적으로 사용할 수 없게 되므로, 필터의 성능은 필터 체적이 아닌 필터 표면적에 기초하여 제한을 받게 된다.

필터 효율을 증가시키기 위해 특히 호흡기용 마스크 형태의 필터에 복합층을 사용하게 되면, 유체가 필터층을 통과할 때 매체를 횡단하는 유체 저항이 증가하게 된다. 유체 저항은 가스 표면 속도와, 크기와 방향 및 필터를 통과하는 굴곡 채널수의 함수로 표시된다. 일반적으로, 표면적이 균일하게 분포된 필터 매체는 전체적인 여과 효율을 양호하게 달성하여 재료의 사용을 감소시키며, 이에 따라 매체를 통과하는 유체 저항을 감소시키게 된다.

필터 매체를 통과하는 유체 저항은 여과장치의 설계시 일반적인 제약 사항에 속한다. 유체 저항은 낮은 표면속도용에서는 특히 문제가 되는데, 그 이유는 유동 속도가 여과되기 전에 매우 낮고, 필터내에서의 유체 저항이 그 출력에 매우 극적인 효과를 갖기 때문이다. 이러한 유체 저항은 필터가 사용되는 전반적인 유체 관련 시스템에 문제를 초래하게 된다.

높은 표면 속도에서는 유체 저항을 감소시켜 내구성을 증진시키기 위해 소형 파이버 비직조 웨브의 주름 구조가 사용된다. 이것은 주어진 체적에 대해 보다 많은 여과면을 갖기 때문에 필터의 프레임 면적당 표면 개방비를 증가시키기 때문이다. 그런, 비직조 웨브가 미섬유로 구성되었을 때, 상기 주름 구조는 때로는 웨브 로프트(web loft)를 감소시킬 수도 있으며(브라운에 허여된 미국 특허 5,656,368호 참조), 작은 파이버일수록 표면 블라인딩을 초래할 가능성이 높기 때문에 사용되어질 미섬유 크기는 제한을 받게 될 수도 있다. 파이버가 클 경우에는 실제 표면적이 감소되기 때문에, 전체적인 여과능력은 감소된다.

여과 효능을 개선하기 위한 다른 수단으로는 미립자를 보다 잘 견인할 수 있게 하거나 유체 흐름으로부터 미립자 제거가 용이하도록 필터 파이버를 처리하는 것이다. 이러한 처리 방법으로는 능동적이고 활성적인 파이버 정전 전하와, 파버에 점착성 재료의 인가와, 탈취제, 건조제, 살균제, 방향제, 오존 제거제 등을 포함한 기타 활성제나 촉매 등의 화학제 첨가 등의 방법을 들 수 있다. 이러한 처리 방법이 파이버에 의한 미립자 포획을 강화할 수 있다고 하더라도, 파이버는 상술한 표면 블라인딩이나 유체 저항 제한과 같은 임의 매체와 관련된 결함을 내포하고 있다. 처리된 필터 매체의 예로는 쓰리엠 캄파니에 의해 "필트렛(Filtrete)"(등록상표)으로 상용화된 것과 같은 일렉트렛(electret)으로 공지된 상용 필터 제품을 들 수 있다.

유체 흐름으로부터 미립자 제거에 사용할 수 있는 다른 형태의 필터 매체는 직조 및 니트 재료를 포함할 수 있다. 이러한 형태의 재료는 정렬 구조를 가지려는 경향을 띄게 되므로, 비직조 고유의 제한 사항에 취약하지 않을 수 있다. 그러나, 이러한 재료는 구성요소인 파이버 재료와 파이버 성형 및 웨브 구성에 따른 변수로 인해 본질적으로 문제점을 내포하고 있다. 또한, 기타 다른 문제로는 세공을 형성할 수 있을 정도로 작을 것과, 구성 재료의 비용과, 제조 비용 등과 같은 제한사항을 포함하고 있다.

본 발명은 높게 정렬된 유체 통로를 형성하는 구성면이 구비된 적어도 하나의 층을 포함하는 여과 매체 및 장치에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따라 여과 매체를 형성하는 구성면을 갖는 층의 적층부의 사시도.

도2는 도1의 여과 매체를 형성하는 구성면을 갖는 층의 적층부의 단면도.

도3은 구성면을 갖는 층으로 형성된 여과 매체의 사시도.

도4는 도3에 도시된 여과 매체의 부분확대도.

도5는 구성면을 갖는 적층된 층의 단면도로서, 본 발명에 따라 여과 매체로 사용되는 선택적 층 형태를 도시한 도면.

도6은 구성면을 갖는 적층된 층의 단면도로서, 본 발명에 따라 여과 매체로 사용되는 또 다른 선택적 층 형태를 도시한 도면.

도7은 구성면을 갖는 층의 단면도로서, 본 발명에 따라 여과 매체로 사용되는 하나의 특정 채널 형태를 도시한 도면.

도8은 구성면을 갖는 층의 단면도로서, 본 발명에 따라 여과 매체로 사용되는 다른 특정 채널 형태를 도시한 도면.

도9는 구성면을 갖는 층의 단면도로서, 본 발명에 따라 여과 매체로 사용되는 또 다른 특정 채널 형태를 도시한 도면.

도10은 대면층이 헤드형 채널에 의해 결합되는 구성면을 갖는 층의 적층부의 단면도.

도11은 대면층과 비대면층 사이에 부가층이 끼워지는 구성면을 갖는 층의 적층부의 단면도.

도12는 정렬된 배열상에 형성된 분리된 헤드형 돌기를 갖는 구성면이 구비된 층의 부분사시도.

도13은 본 발명에 따른 여과 매체를 사용하는 흡입형 마스크의 정면도.

본 발명은 뎁스베드 로딩(depth-bed loading)이 가능하며, 낮은 유체 저항에서도 효과적으로 작동되며 높은 수집 능력을 갖는 여과 매체 또는 여과 장치를 제공하므로써 종래 기술의 단점과 결함을 극복한다. 특히, 본 발명은 높게 정렬된 유체 통로를 형성하는 구성면이 구비된 적어도 하나의 층을 포함하는 여과 매체를 제공한다. 본 발명의 여과 매체는 필터 개구와 필터 매체를 통과하는 유체 통로의 높은 정렬 배치를 형성하는 구성면을 갖는 적층부를 포함한다.

상기 층의 구성면은 유체 통로를 형성하는 채널을 한정하는 특징을 포함하거나, 또는 유체 통로를 형성하는 분리된 돌기와 같은 특징부를 포함할 수도 있다. 적층된 구성층에 의해 형성된 필터 개구는 배타(exclusion)에 의해 미립자를 제거한다. 미립자의 비배타적 제거는 구성면 특징의 표면적에 의해 촉진된다.

본 발명에 따른 여과 매체는 표면 필터 대신에 뎁스베드형 필터의 실행에 의해 그 전체 면적을 사용하기 때문에 매우 효과적이며 높은 성능을 갖고 있다. 이것은 가요성 폴리머나 단단한 폴리머를 포함한 다양한 재료로 쉽고 경제적으로 저렴하게 제조된다. 여과 매체의 구성면 특징은 제어성이 높고 예견가능하며, 공지의 반복 기법이나 기타 다른 기법을 사용하여 높은 신뢰성과 반복성으로 형성될 수 있다. 여과 매체는 주어진 용도의 여과 요구사항에 부응하기 위해 매우 다양한 형태로 생산될 수 있다. 이러한 다양성은 다음과 같이 즉, 구성면 특징 가능성-분리된 채널, 개방된 채널 또는 돌기; 채널 형태--넓고, 협소하고, V형이며, 및/또는 서브 채널; 적층 형태--접합되거나 비접합되며, 대면층, 비대면층, 부가층, 정렬된 채널, 옵셋 채널, 및/또는 채널 패턴; 필터 개구--세공 크기, 세공 형태, 세공 패턴 등에 의해 증명될 수 있다. 또한, 상기 층은 강화된 여과나 기타 다른 목적을 위해 처리될 수도 있다.

상술한 장점은 그 내부에 구성면이 형성된 적어도 하나의 폴리머층으로 형성된 여과 매체에 의해 달성된다. 상기 층은 층의 구성면이 적층면을 통해 개방된 다수의 정렬된 입구와 대응의 정렬된 유체 통로를 형성하는 형태의 적층부로 형성될 수도 있으며, 또는 캡층이 구비된 구성면을 갖는 단일층이나, 또는 구성면이 구비된 캡층이 없는 상태로 형성될 수도 있다. 적층된 또는 캡형 배치에 있어서, 상기 층은 정렬된 다공성 체적을 형성한다. 여과 매체의 정렬된 유체 통로는 상기 층의 구성면 내에 형성된 다수의 유동 채널에 의해 한정되며, 이들은 층의 구성면내에 형성된 다수의 분리된 돌기에 의해 한정될 수 있다.

상기 다수의 유동 채널은 각각 2개의 측벽을 갖는 일련의 정점부에 의해 형성된다. 상기 정점부는 유동 채널 내에 서브채널을 형성하는 서브정점부나 평탄한 바닥에 의해 분리될 수도 있다. 상기 정점부는 유동 채널에 인접하여 현수된 헤드를 갖는다. 구성면이 구비된 층의 유동 채널은 모두 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 여과 매체의 각각의 층은 동일한 유동 채널형태를 가질 수도 있고 상이한 유동 채널형태를 취할 수도 있다. 인접한 층들에서의 유동 채널은 정렬되거나 옵셋된다.

여과 매체층의 쌍은 서로 대면하고 있으며, 대면한 층은 서로 결합될 수 있다. 상기 층은 양면에 형성되도록 구성될 수 있다. 적층부에는 부가층이 가해질 수도 있다. 캡층은 층의 상부 일부를 덮고, 상기 부가층은 인접한 적층부층 사이에 위치될 수도 있다. 상기 적층부의 층과 캡 층은 서로 결합될 수 있다. 이러한 층은 동일한 폴리머 재료나 상이한 폴리머 재료로 형성될 수 있다. 여과 매체는 미립자 제거 강화, 오일이나 물 반발성, 악취 제거, 유기물 제거, 오존 제거, 살균과 건조 및 방향성 등과 같은 장점을 제공하도록 처리될 수 있다. 상기 처리는 일렉트렛을 형성하기 위해 층을 충전하거나 표면 코팅하거나 또는 처리된 층을 부가할 수도 있다.

상술한 바와 같은 장점은 본 발명의 여과 매체를 사용한 여과 방법에 의해 달성될 수 있다. 이러한 방법은 여과 매체를 제공하는 단계와, 여과 매체를 유체 유동통로에 위치시키는 단계와, 유체를 상기 여과 매체로 통과시키는 단계와, 여과 매체에서 유체로부터 미립자를 제거하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 구성면이 구비된 층의 적층부 일부를 여과 매체로 사용하기 위해 특정 두께로 절단하는 단계와, 여과 장점을 제공하기 위해 층의 일부를 처리하는 단계와, 여과 매체내에 정렬된 유체 통로를 형성하므로써 유체를 특정 방향으로 지향시키는 단계를 부가로 포함한다.

또한, 상술한 바와 같은 장점은 본 발명의 여과 매체의 제조 방법 및 사용 방법에 의해 달성될 수 있다. 이러한 방법은 높게 정렬된 유체 통로를 형성하는 구성면이 구비된 적어도 하나의 층을 제공한다. 상기 방법은, 적층면을 통해 개방된 다수의 정렬된 입구와 그 대응의 정렬된 통로 형성에 의해 정렬된 다공성 체적을 형성하도록, 적층면이 구비된 다수의 층을 적층하므로써 높게 정렬된 유체 통로를 형성하는 구성면이 구비된 다수의 층을 제공한다. 또한, 상기 방법은 정렬된 다공성 체적을 유체 유동 통로에 위치시키는 단계와, 유체를 상기 정렬된 다공성 체적을 통과시키는 단계와, 상기 체적으로부터 미립자를 제거하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 층의 일부를 접합하는 단계와, 층의 일부를 특정 두께로 절단하는 단계와, 여과 장점을 제공하기 위해 층의 일부를 처리하는 단계와, 여과 매체내에 정렬된 유체 통로를 형성하므로써 유체 흐름을 특정 방향으로 지향시키는 단계도 포함한다.

본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도면에서 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호가 부여되었다. 도1 내지 도4에는 적층된 층(12)을 포함하는 여과 매체(10)가 도시되어 있다. 상기 각각의 층(12)은 2개의 주면중 적어도 하나에 구성면(13)을 가지며, 상기 구성면(13)은 지형특성(물체의 표면 특성이나, 위치, 또는 그 영역)을 갖는 표면을 포함한다. 이러한 실시예에서, 상기 구성면(13)은 도시된 바와 같이 일정하게 정렬된 방식으로 층(12)내에 형성된 다수의 채널(25)을 포함한다. 이러한 채널(25)은 측벽(26)으로 형성된 일련의 정점부(28)에 의해 형성되며, 상기 측벽 사이에는 평탄한 바닥(30)이 형성될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 적층된 층(12)과 함께 3차원의 높게 정렬된 다공성 여과 매체(10)가 형성되며, 이러한 매체에서 공기 등의 유체는 채널(25)에 의해 형성되는 정렬된 유체 통로를 거쳐 상기 여과 매체를 통과할 수 있으므로, 특정한 미립자나 기타 다른 미립자는 상기 구성면에의 고착 및/또는 배제에 의해 유체로부터 제거될 수 있다. 정렬되었다는 것은 매체를 통해 형성된 통로가 이미 결정되었다는 것을 의미한다. 하기에 서술되는 바와 같이, 각각의 통로는 동일한 층이나 다른 층의 통로와 동일할 필요는 없다. 그러나, 각각의 통로는 각 층(12)의 구성면의 설정 디자인으로 세팅되었다는 의미에서 결정된다. 다공성 매체라는 것은 유체가 하나이상의 유동 통로를 지나 매체를 통과할 수 있도록 한 것이다. 도3 및 도4는 다수의 층(12)으로 이루어진 높게 정렬된 채널(25)의 배열을 형성하는 본 발명에 따른 여과 매체(10)의 실시예의 전자현미경 사진이다.

상기 층(12)은 유사하거나 상이한 가요성의 반고형 또는 고형 재료를 각각 포함하며, 이러한 재료는 여과 매체(10)의 특정 용도에 따라 선택된다. 각각의 층은(12)은 폴리머 재료를 포함하는데, 그 이유는 이러한 폴리머 재료가 저렴하고 구성면(13)과 정확하게 형성될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 필름층 형태의 폴리머층(12)을 사용하게 되면 그 주면상에 다수의 고밀도 유체 유동 채널(25)을 형성하는 구성면을 제공할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 높게 정렬된 다공성 여과 매체는 높은 정밀도로 양호한 경제성으로 제조될 수 있다.

도1 내지 도4에 도시된 바와 같이, 이러한 여과 매체(10)는 층(12)을 다른 층의 상부에 적층하므로써 형성된다. 이러한 방식에 따라, 특정 용도에 기초하여 설계된 적절한 높이 및 다공성 영역을 갖는 여과 매체(10)를 형성하기 위해 그 어떤 갯수의 층(12)이라도 적층될 수 있다. 각각의 층(12)에 층을 직접 적층하게 되면, 각 층(12)의 제2 주면(11)은 하부의 인접층(12)의 채널(25)상에 캡을 제공할 수 있다는 장점을 갖게 된다. 따라서, 각각의 채널(25)은 여과 매체(10)를 통과하는 유체 유동을 위한 분리된 통로가 된다.

층(12)은 채널(25)로부터 분리된 통로의 생성을 강화하기 위해 인접한 층의 일부 또는 전체 구성면(12)의 정점부(28)에 접합된다. 이것은 층(12)의 재료와 양립할 수 있는 종래 접합제를 사용하여 이루어지거나, 또는 열접합, 초음파 접합, 기계적 장치 등을 사용하여 이루어질 수도 있다. 정점부(28)를 따라 인접한 표면(11)에 접합이 완전히 제공되거나, 또는 정렬된 패턴을 따르거나 또는 임의로 스폿 접합이 제공될 수도 있다. 선택적으로, 상기 층(12)이 서로에 대해 단순히 적층되므로써, 적층부의 구조적 일체성은 분리된 유동 채널(25)의 생성을 적절히 강화시킨다.

도1에는 일부는 생략되었지만 최상부층(12)의 모든 채널(25)과 캡층(20)이 제공된 것이 도시되어 있다. 상기 캡층(20)은 상술한 중간층 접합 방식과 동일한 방식이나 또는 이와는 다른 방식으로 접합되거나 접합되지 않을 수도 있다. 캡층(20)을 위한 재료는 층(12)의 재료와 동일하거나 상이한 재료가 될 수도 있다.

도1과 도3과 도4에 도시된 여과 매체(10)의 실시예는 정렬된 선형 채널을 포함한다. 이러한 채널은 정밀한 배치상태로 정렬되므로써 즉, 각 층의 채널이 다른 층의 채널과 일직선이 되도록 정렬되므로써, 규칙적으로 정렬된 다공성 패턴을 제공한다. 선택적으로, 이러한 채널은 규칙적으로 반복되는 방식으로 옵셋되거나, 제어된 방식으로 옵셋될 수도 있다. 또한, 채널 및 층의 다른 형상도 고려될 수 있다.

도3 및 도4는 구성면(13)을 갖는 여과 매체(80)의 수많은 층(12)이 제어가능하게 정렬되는 방식으로 적층된 본 발명에 따른 실시예를 도시하고 있으며, 상기 정렬은 필수적인 사항은 아니다. 층(12)의 최종 적층부는 절단되어, 다수의 제어된 깊이를 형성한다. 도4는 도3의 여과 매체(80)의 일부확대도이다. 각각의 구성면(13)은 바닥(30)으로 분리된 정점부(28)에 의해 형성되는 일정한 채널(25)을 포함한다. 상기 바닥(30)은 제2 채널(34)(이러한 형태의 채널에 대해서는 도9를 참조로 서술될 것이다)을 포함한다. 최종적인 여과 매체(80)는 여과된 유체가 흐를 수 있는 높이 정렬된 다공성 표면을 제공한다. 각각의 채널(25)은 여과 매체(80)의 제어된 깊이를 통해 유체 통로를 제공한다.

도5는 여과 매체(40)의 각각의 층(41, 44)이 상이한 채널 형태를 가지며, 층(41 내지 44)은 서로에 대해 다양한 반복 패턴으로 정렬되는 것을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 층(41)은 넓고 일정한 채널(47)을 포함하고, 층(42)은 협소하고 일정한 채널(48)을 포함하며, 층(43)은 넓은 채널(47)과 협소한 채널(47)이 반복되는 패턴을 가지며, 층(44)은 2개의 협소한 채널(48)에 이어 하나의 넓은 채널(47)이 반복되는 패턴을 갖는다. 채널 반복 패턴은 임의로 이루어질 수 있으며, 또는 적층부를 포함하는 층의 선택은 패턴으로 또는 임의로 이루어질 수 있다. 그 어떤 경우에서도, 이러한 형태는 정렬된 통로를 생성하게 되는데, 그 이유는 형성된 채널 구조와 개구 크기가 예측한 바와 같기 때문이다. 도 6 은 각 층(46)의 채널(49)은 일정하지만, 서로에 대한 층(46)의 관계는 선택적 패턴인 여과 매체의 실시예를 도시하고 있다. 채널 형태와 채널 갯수와 층 관계의 선택은 여과 매체를 필요로 하는 특정 용도에 따라 이루어진다.

도 11 은 여과 매체(60)가 구성면(61)내에 정점부(65)에 의해 형성된 채널(64)을 갖는 유사한 층(62, 63, 70)을 포함하고 있는 것을 도시하고 있다. 그러나, 층(62, 63, 70)은 서로에 대해 그 방향 및 반복 패턴이 상이하다. 상기 층(62)은 상향으로 대면하는 층인 반면에, 층(63, 70)은 하방으로 대면하는 층이다. 이러한 층(62, 63, 70)은 모두 부가층(66, 68, 69)을 포함하여 가변형 적층 형태로 배치된다. 도시된 바와 같이, 층들은 서로 대면하도록 배치되거나, 후방 대 후방으로 배치되거나, 또는 동일한 방향으로 적층될 수도 있다. 또한, 서로에 대한 반복 패턴은 다양하게 변형되어 정렬된 채널이나 옵셋 채널을 제공할 수 있다. 도5와 도6과 도11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용가능한 채널과 층의 형태는 그 어떠한 여과 요구사항에도 부응하기 위해 다양성과 적용성을 제공한다.

도1의 실시예는 한쪽 엣지(14)로부터 다른쪽 엣지(15)까지 연속적으로 제공되는 복합 정점부(28)와 넓은 바닥(30)이 구비된 구성면(13)을 갖는 것으로 도시되었지만, 다른 형태의 채널도 가능하다. 대부분의 경우에는 층(12)의 한쪽 엣지(14)로부터 다른쪽 엣지(15)까지 완전히 연속한 정점부(28)를 제공하는 것이 바람직하지만, 일부 경우에는 주어진 층(12)에서 정점부(28)를 구성면(13)의 일부를 따라서만 연장하는 것이 바람직할 수도 있다. 또한, 여과 매체(10)의 특정 용도에 따라 여과 요구사항에 부응하도록 제공된 채널(25)의 갯수와 형태와 크기를 결정할 수 있다.

예를 들어, 도7에 도시된 바와 같이, 채널(16)은 바닥에 의해 분리되지 않는 일련의 연속한 정점부(18)에 의해 형성된다. 따라서, 각각의 연속한 정점부(18)의 측벽(17)은 채널(16)의 베이스에서 라인을 형성하도록 수렴된다. 도2에는 이러한 형태의 채널(16)을 갖는 층(12)의 적층부로 형성된 여과 매체(10')가 도시되어 있다. 도8에서, 채널(25)은 넓고 평탄한 바닥(30)에 의해 분리되는 일련의 연속한 정점부(27)에 의해 형성된다. 각각의 정점부(27)는 상부가 평탄하므로, 인접한 층으로의 접합이 촉진된다. 도9(도3 및 도4와 마찬가지로)에서, 넓은 채널(32)은 정점부(29) 사이에 형성되지만, 채널 측벽(31) 사이에 평탄한 바닥을 제공하는 대신에, 다수의 작은 서브정점부(33)가 제공된다. 이러한 서브정점부(33)는 그 사이에 제2 채널(34)을 형성한다. 상기 서브정점부(33)는 정점부(29)와 동일한 높이로 상승하거나 또는 상승하지 않을 수도 있으며, 도시된 바와 같이 소형 채널(34)이 분포된 제1 광채널(32)을 생성한다. 상기 정점부(29)와 서브정점부(33)는 서로에 대해서나 그 자체에 대해 균일하게 분포될 필요는 없다. 이러한 형태는 여과중 특정 미립자가 충돌하게 되는 채널 표면영역의 양을 더욱 증가시킨다는 장점을 갖고 있다. 또한, 상기 소형 채널(34)은 광채널(32)을 통과하는 유체 유동을 제어하는데 사용된다.

도1 내지 도11에는 신장된 선형 채널이 도시되었지만, 상기 채널은 다른 여러형태로도 제공될 수 있다. 예를 들어, 채널은 채널 길이를 따라 단면폭이 변화하는 즉, 채널은 채널의 길이를 따라 분기 및/또는 수렴하게 된다. 상기 채널 측벽은 채널의 연장방향으로 또는 채널 높이 방향으로 직선 형태를 취한다. 일반적으로, 여과 매체내에서 제1 포인트로부터 제2 포인트로 연장되는 적어도 복수의 분리된 채널부를 제공할 수 있는 채널 형태를 고려할 수 있다.

구성면 여과 매체는 구성면과의 접촉으로 유체 특성에 영향을 미치기 위해 특정 유체를 매체를 통해 순환시키는 것이 바람직한 곳에 특히 유용하다. 즉, 상기 유체는 표면에 의해 형성된 채널을 통과하므로써 처리된다. 상기 유체 처리는 화학적 반응과, 촉매반응, 및 채널면을 통과하거나 채널면에 위치된 구성요소에 의해 촉진된 이온화 반응 등을 포함한다. 이온화 반응은 e 비임과, 화학선광(actinic light)과, 자외선 방사선에 의해 촉진되는 반응을 포함한다. 채널표면적 대 채널체적의 높은 비율로 인하여, 적절히 준비된 채널면상에 유체 구성요소를 수착(收着)시키는 분리 처리가 효과적이다. 표면층이 센서나 검출기 시스템에서 유체 간섭성분으로 작용하는 곳에서 통과 유체를 검출하기 위해 동일한 특성이 사용된다. 유체 검출 시스템은 유체 도전성과, pH와, 온도와, 또는 성분을 관찰한다. 선택적으로, 채널 순환시 주위 환경에 의해 영향을 받은 유체는 장치 자체가 센서 또는 검출기 시스템에서 요소로 작용하게 되는 검출 시스템의 일부로서 관찰된다. 유동 채널의 표면은 이러한 물리적 상태에 응답하거나 이를 검출하도록 기능화된다. 유체를 열처리하기 위해 가열이나 냉각이 사용될 수도 있다. 상이한 성분의 유체 흐름들이 합병되고 상호 작용하여 서로를 반응, 희석, 혼합을 초래하는 수단으로서 처리한다. 현미경이나 분광계처럼 매체로부터 이격되어 있는 관찰 및 검출 장치 또는 분석장치는 유체가 채널을 통해 얇은 필름을 통과할 때 이들 유체를 분석하는데 사용된다. 그 어떤 경우라도, 구조물은 다른 실시예에서처럼 가요성의 반고형 또는 고형 재료로 제조될 수 있다.

도10에 도시된 바와 같이, 여과 매체(50)의 다른 실시예에서 구성면(51)은 인접한 채널(52)에 현수된 헤드(56)를 갖는 일련의 정점부(54)에 의해 형성된 채널(52)을 포함한다. 이러한 정점부(54)와 헤드(56)는 버섯형으로 도시되었지만, 헤드형도 가능하다. 이러한 채널(52)을 포함하는 대면층(58, 59)은 층(58, 59)의 채널(52)을 옵셋시키고 층(58)의 헤드(56) 및 정점부(54)를 다른 층(59)의 헤드(56) 및 정점부(54)와 결합시키므로써 서로 적층될 수 있다. 따라서, 층(58)의 헤드(56)와 정점부(54)는 다른 층(59)의 채널(52)내에 위치된다. 그후, 이와 같이 결합된 다수의 층(58, 59)은 서로 적층되어 여과 매체(50)를 형성한다. 선택적으로, 층(58, 59)은 비구성면(57)이 인접층을 위한 캡으로 작용하도록 서로 적층된 비대면층이 될 수도 있다(도시않음). 상술한 다른 실시예에처럼, 층들은 적층부로서 접합되거나 접합되지 않을 수도 있다. 이러한 실시예의 최종적인 채널 구조는 여과된 유체와 접촉된 채널 표면적을 증가시켜 미립자 제거를 촉진시킨다는 장점을 제공한다.

선택적으로, 여과 매체(50)는 적층된 층(80)으로 형성되며, 구성면(82)은 헤드형 채널 대신에 도12에 도시된 바와 같이 분리된 헤드형 돌기(84)가 정렬된 배열을 포함한다. 이러한 돌기(84)는 버섯형으로 형성되었지만, 다른 헤드형 구조도 가능하다. 상기 돌기(84)는 구성면(82)상에서 정렬된 배열로 형성되거나, 옵셋된 배열, 또는 기타 다른 패턴으로 형성될 수도 있다. 이러한 돌기(84)를 포함하는 층(80)은 도10의 층(58, 59)과 마찬가지로 다른 층(80)의 돌기(84)중에서 층(80)을 대면시키고 층(80)의 돌기(84)를 결합하므로써 서로 적층될 수 있다. 한쪽 층의 돌기는 인접층의 돌기와 동일할 필요는 없다. 선택적으로, 층(80)은 비구성면(83)이 인접층을 위한 캡으로 작용하도록 함께 적층된 비대면층일 수도 있다. 층(58, 59, 80)이 헤드형 채널로 형성되거나 분리된 돌기로 형성되는 것에 관계없이, 여과 매체(50)를 통한 정렬된 유체 통로가 제공된다. 이러한 형태의 층은 표면적을 증가시키지 않고 체적당 개방비를 증가시킨다는 즉, 대면하는 표면적에 대한 체적비를 감소시키므로써 유동 저항을 증가시키지 않고 여과 효율을 개선한다는 장점을 제공한다.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 여과 매체(10)의 구성면(13)은 상술한 바를 포함하여 분리된 유동 채널을 형성하는 미세구성면이다. 본 발명에 사용되는 바와 같이, 종횡비는 그 유압 반경에 대한 채널 길이의 비율을 의미하며, 상기 유압 반경은 그 습식가능한 채널 원주에 의해 분할되는 습식가능한 채널의 단면적이다. 본 발명의 실시예가 분리된 유동 채널을 포함할 때, 각각의 채널은 10:1의 최소종횡비를 가지며, 일부 실시예서는 100:1을 초과할 수도 있으며, 다른 실시예에서는 적어도 1000:1이 될 수도 있다. 상단부에서는 종횡비가 불명확하게 높지만, 일반적으로는 1,000,000:1 이하가 된다. 이러한 실시예에서, 채널의 유압 반경은 약 300㎛이다. 대부분의 실시예에서는 100㎛이하이지만, 10㎛가 될 수도 있다. 용도에 따라, 작을수록 양호하지만(유압 반경이 서브미크론 크기이다), 유압 반경은 전형적으로 대부분의 실시예에서는 1㎛이하이다. 이러한 비율은 예시적이며, 이에 한정되지 않는다.

각 층(12)의 구성면(13)은 매우 낮은 프로필을 갖는다. 따라서, 여과 매체층은 구성된 폴리머층이 5000마이크로미터 이하의 두께, 가능하기로는 1500마이크로미터 이하의 두께를 갖는다. 이를 위해, 채널은 약 5 내지 1200마이크로미터의 높이와 10 내지 2000마이크로미터의 정점거리를 갖는 정점부에 의해 형성된다. 그러나, 특수한 정점 높이와 정점 거리는 최종 여과 매체에서 표면적 관계에 대한 전체 체적비만큼 중요하지는 않다. 유동 저항이 세공 크기를 증가시키는데 중요한 역할을 하는 용도에서는 채널 단면을 증가시키므로써 미립자포획비를 감소시켜 필터를 통과하는 유체 흐름을 증가시키는 것이 바람직하다. 다른 용도에서는 세공 크기를 감소시키고 세공 갯수를 증가시켜, 미립자 포획 메카니즘과는 달리 미립자 배제와 팽창된 표면적이라는 장점을 취하는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명은 제어가능한 그리고 예측가능한 방식으로 여과 매체를 주문받을 수 있는 능력을 제공하므로써 이러한 형태의 특정 여과 매체를 생산할 수 있게 한다는 특이한 장점을 제공한다.

본 발명의 일부 실시예에 유용한 미세구성면은 시스템의 체적이 분포되어 있는 유동 시스템을 제공한다. 즉, 이러한 유동 시스템을 통과하는 유체 체적은 넓은 면적에 걸쳐 분포된다. 이러한 특징은 많은 여과용에 매우 유리하다. 이와 같은 미세구성면은 미세반복을 포함한 공지의 기법에 의해 제조될 수 있으며, 이러한 미세반복은 본 발명에서는 구성면 특징부가 제품에서부터 제품까지 50㎛정도 변화되는 제조중 각각의 특징부 정밀도를 유지하는 처리에 의해 미세구성면의 생산을 의미한다. 미세반복된 표면은 구성면 특징부가 제품에서부터 제품까지 25㎛정도 변화되는 제조중 각각의 특징부 정밀도를 유지하도록 생산된다.

도1과 도3과 도4에서, 만일 모든 채널(25)이 여과 매체(10)의 대향면측(22)상에 개방되지 않는다면, 적어도 일부는 대향면(24)에 세공을 형성한다. 유체는 대향면(24)에서 여과 매체(10)를 통과하여, 채널(25)을 이동한 후, 여과 매체(10)의 후방측(23)에서 배출된다. 본 발명의 구성면은 여과 매체를 통과하는 제어된 그리고 정렬된 유체 통로를 최소한으로 제공한다. 따라서, 여과용으로 사용가능한 표면적의 양은 여과 매체의 체적에 의해 결정된다. 환언하면, 채널 형태와 채널 길이와 같은 여과 매체층의 구성면 특징부는 단순한 표면적이 아니라 사용가능한 표면적을 형성한다.

구성면을 갖는 단일층은 본 발명에 따라 기능적 필터 매체를 포함한다. 특히, 그 구성면은 처리될(여과될) 유체의 흐름이 표면구조에 의해 형성된 통로를 통해 흐른다는 가정하에, 하기에 서술되는 모든 제거 기구 또는 일부 제거 기구에 의해 유체 흐름으로부터 미립자를 제거하는 작용을 한다. 상기 미립자 제거 기구는 하기에 상세히 서술되는 처리에 의해 강화된다. 예를 들어, 도관내에서 작동되는 유체가 구성면내에서 적어도 일부 작동되도록 지향되는한, 본 발명에 서술된 구성면을 갖는 단일층은 표면층으로서 제공될 수 있다.

섬유성 필터에 유용한 미립자 제거 기구는 섬유성 필터 매체의 고유의 제한사항없이 본 발명의 여과 매체에 유용하다. 직접 차단은 세공 크기에 의존하며, 상기 세공 크기는 채널 단면과 형태와 같은 구성면 특징부에 의존한다. 본 발명에 따르면 채널과 같은 구성면 특징부는 다양한 크기와 형태로 섬유성 특히 비직조 필터에는 사용할 수 없는 일정하게 제어되고 예측가능한 방식으로 생산될 수 있다. 적층된 구성층의 여과 매체는 세공 크기를 변화시키지 않고 또한 비직조 웨브의 전체 불균일성을 초래하지 않고서도 높게 정렬된 기계적으로 안정한 다공성 표면을 제공한다. 세공 크기의 가변성이나 불균일성은 본 발명의 여과 매체가 의도하고자하는 최종 여과 요구사항에 기초하에 계획 및 제어될 수 있다. 그 결과, 유체 흐름은 여과 매체의 대향면을 통과할 때 균일한 처리를 받게 되어, 그 여과 효율을 강화시킨다.

본 발명의 여과 매체에서도 관성 고착 및 확산 차단이 발생된다. 이러한 제거 기구들은 여과매체내에서의 가용 표면적에 의존한다. 섬유성 필터에 있어서, 각각의 파이버 표면적은 이와 같은 표며적을 제공한다. 본 발명에 있어서(단일층이나 층의 적층), 이러한 표면적은 그 표면적이 채널 형태와 길이에 의해 한정되는 채널을 포함하는 구성면 특징부의 표면적에 의해 제공된다. 유체 흐름이 정렬된 유체 통로를 통해 적층된 층 여과 매체를 통과할 때, 대향면 세공 크기 보다 작은 미립자는 섬유성 파이버에 대해 서술한 바와 같이 그 밀도나 브라운 운동으로 인해 측벽과 바닥과 캡과 기타 구성면의 다른 특징부에 충돌하게 된다. 형태가 다양한 채널을 포함하는 구성면을 사용하게 되면, 이러한 능력이 강화된다. 접합된 층을 사용하여 유체 흐름을 분리된 채널로 제한하면 이러한 능력은 더욱 강화될 수도 있으며, 채널 대 채널 유체 흐름을 제한하지 않으면 더욱 강화될 수도 있다. 그후, 유체 흐름은 채널 사이에서 제한된 정도가 되어, 유체 흐름과 접촉하거나 이에 인접한 표면적을 증가시키게 된다.

그러나, 섬유성 파이버와는 달리, 본 발명의 여과 매체는 표면 블라인딩을 받게 되는 표면 로딩 여과로서 작용하지 않으며, 그 대신에 전체 여과 매체 체적을 사용하는 뎁스베드 필터로 작용하여 그 여과 효율과 능력을 개선하며, 낮은 유동 저항으로 작동된다. 가능성이 낮은 관통 채널 차단과 제어 및 예측가능한 처리에 의해 전체 대향면적에 걸쳐 세공과 채널의 일치성과 마찬가지로, 이러한 특징은 본 발명에 달성될 수 있는 낮은 체적비로 인한 것이다. 뎁스베드 필터로 작용하는 이러한 능력은 도4와 도9와 도10에 도시된 바와 같은 채널 형태를 포함하지만, 구성면 선택에 의해 더욱 개선될 수 있으며, 각 채널내에서의 가용 표면적은 부가적인 서브채널이나 기타 다른 구조적 부가부에 의해 강화된다. 따라서, 본 발명의 여과 매체의 능력과 효율은 높은 표면속도용과 낮은 표면속도용에서 동일한 표면적을 갖는 섬유성 필터에 비해 상당히 개선되었다.

본 발명의 여과 매체의 부가적인 장점은 광범위한 세공 크기와 깊이로 높은 정밀도 및 신뢰성으로 제조될 수 있다는 능력을 포함한다. 이것은 비직조 및 섬유성 필터에 현재 적용된 재료 베이스와 벌크 밀도와 특징부 크기로 생산될 수 있지만, 상술한 바와 같은 부가된 장점을 갖는다. 전통적인 섬유성 필터 매체는 평탄하게 사용되거나 처리될 수 있는 반면, 본 발명의 여과 매체는 다수의 자체지지형으로 형성될 수 있다. 이것은 채널을 파괴하여 이를 폐쇄하지 않고 인가된 힘을 갖는 물체위에 놓인 형태로 형성된다. 또한, 평탄한 형태의 섬유성 필터와는 달리, 3차원 형태로 사용될 수 있는 여과 매체의 능력은 디자인에 있어서 단단한 구성요소로 작용할 수 있는 능력으로 인해 새로운 단부 제조형태의 배열을 제공한다. 본 발명의 여과 매체는 예를 들어 도금이나 관리 또는 조립에 의한 여과 매체의 조작으로 인해 파손되지 않는다는 장점을 갖는다. 전통적인 섬유성 필터에서의 파이버 파손은 특히 세척실에 적용시 많은 문제점을 초래할 수 있다. 또 다른 장점은 유체 통로를 필요한 방식으로 지향시키기 위해 층의 구성면을 형성할 수 있다는 능력을 들 수 있다.

단부 제품에 사용되는 여과 매체의 실시예가 도13에 도시되어 있다. 이중 필터를 갖는 흡입형 마스크가 필터로 사용되는 본 발명의 여과 매체와 함께 도시되어 있다. 이러한 용도에 여과 매체를 사용하게 되면 필요로 하는 마스크 필터 능력을 얻는데 통상적으로 요구되는 필터 캐니스터에 대한 필요성이 제거되므로, 체적과 마스크 중량을 감소시킬 수 있게 된다.

여과능력을 강화시키거나 필요로 하는 결과를 발휘하기 위해, 본 발명의 여과 매체는 다양한 방법으로 처리될 수 있다. 이에 대한 한가지 실시예가 도11에 도시되어 있다. 여과 매체(60)는 층(62, 63, 70)의 적층부를 포함한다. 대면층(62, 63)의 사이에는 각 층(62, 63)의 채널(64)의 적어도 일부를 위한 캡층으로 작용하는 부가층(66)이 삽입된다. 부가층(66, 68)이 도시되었지만, 한가지 이상의 형태를 갖는 부가층이 일련의 대면층 집단 사이에 제공될 수도 있다. 또한, 비대면층(70)의 사이에는 동일하거나 상이한 부가층(69)이 제공된다. 그 형태와 크기 그리고 구성면과의 관계는 부가층(66, 68, 69)에 사용하기 위한 것이다. 이러한 부가층(66, 68, 69)은 다른 구성층(62, 63, 70)과 동일한 재료나 또는 이와 유사한 재료로 형성될 수 있으며, 이들은 강화된 미립자제거나 달리 필요로 하는 장점을 제공하거나 또는 의도된 목적에 효과적인 기타 다른 재료를 포함할 수도 있다.

미립자 제거를 강화시키거나 기타 달리 필요로 하는 장점을 달성할 수 있는 재료들은, 단독으로 사용되거나 기판에 고정된 상태로; 활성탄이나 제올라이트 또는 유기분자를 제거하기 위한 알루미노실리케이트 또는 탈취제와 같은 흡습제와; 악취성 기질을 분해하기 위한 구리-아스코르브산과 같은 냄새제거 촉매와; 실리카겔과 제올라이트와 칼슘 클로라이드와 활성 알루미나와 같은 건조제와; UV 살균 시스템과 같은 멸균제와, 글록살 메타크릴산 에스테르 또는 향수와 같은 방향제와; 또는 Mg, Ag, Fe, Co, Ni, Pt, Pd, Rn 등의 금속이나 알루미나, 실리카 알루미나, 지르코니아, 규조토, 실리카-지르코늄, 또는 티타니아와 같은 캐리어상에 지지된 산화물 등을 포함하는 오존 제거제를 포함한다. 상기 언급한 재료나 기타 다른 재료도 필요로 하는 목적에 부응할 수 있으며, 이들의 조합체도 사용가능하다.

본 발명의 여과 매체에 유용한 또 다른 처리 형태는 여과 재료의 수동 정전처리 또는 활성 정전처리를 들 수 있다. 정전처리는 세공 크기보자 작은 미립자와 구성면의 표면적 사이에서 견인력을 증가시켜 미립자 제거를 위한 제 3 메카니즘을 강화시키므로써 유체 흐름으로부터 미립자를 제거할 수 있는 여과 매체의 능력을 강화시킨다. 측벽에 가깝게 통과하는 비충돌 미립자는 유체 흐름에서 훨씬 용이하게 견인되며, 충돌 미립자는 보다 단단히 고착된다. 정전처리는 연장된 시간주기동안 지속되는 정전하를 나타내는 유전재료인 일렉트렛에 의해 제공된다. 일렉트렛 충전가능한 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 폴리프로필렌과 같은 비극성 폴리머를 포함한다. 일반적으로, 일렉트렛상에서의 실제 전하는 제로이거나 제로에 가까우며, 그 필드는 전하 분리에 의한 것이며, 실제 전하에 의한 것은 아니다. 적절한 재료 선택과 처리를 통해, 일렉트렛은 외부 정전기장을 생성하도록 형성된다. 이러한 일렉트렛은 영구자석의 정전 아날로그로 여겨진다.

유전 물질들을 충전하기 위해서는 몇가지 방법이 사용되며, 코로나 방전, 전하장하에서의 가열 및 냉각, 접촉 대전, 전하 미립자의 웨브 분무, 물 흐름이나 물방울 흐름으로 표면 충돌 등을 포함하는 일부 방법은 본 발명의 여과 매체를 충전하기 위해 사용된다. 또한, 표면의 충전성능은 혼합된 재료를 사용하므로써 강화될 수 있다. 충전 방법의 실시예들은 반 튠아웃 등에 허여된 미국 특허 RE30,782호 및 RE31,285호와, 앙가지방드 등에 허여된 미국 특허 5,496,507호와, 존스 등에 허여된 미국 특허 5,472,481호와, 쿠빅 등에 허여된 미국 특허4,215,682호와, 니시우라 등에 허여된 미국 특허 5,057,710호와, 나카오에 허여된 미국 특허 4,592,815호와, 브라운에 허여된 미국 특허4,798,850호에 서술되어 있다.

활성 충전방법은 고전압이 인가된 하나의 표면상에 금속화된 표면을 갖는 박막을 사용하는 단계를 포함한다. 이것은 본 발명에서는 구성층에 인접하여 상기 금속화된 층을 부가하거나 또는 구성층의 비구성면상에 금속 코팅을 인가하므로써 달성될 수 있다. 이러한 금속화된 층을 포함하는 여과 매체는 금속화된 매체층을 통해 전기 흐름을 제공하게 되는 전기 전압원과 접촉된 상태로 장착된다. 이러한 활성 충전에 대한 실시예는 인큐렛에 허여된 미국 특허 5,405,434호에 서술되어 있다.

본 발명의 여과 매체에 사용할 수 있는 다른 처리방법은 불화화합물 첨가제를 재료의 부가 또는 재료의 코팅 형태로 사용하는 것으로서, 이러한 방법은 유성 에어로졸을 여과할 수 있는 필터 능력을 강화하는 것과 마찬가지로 오일이나 물은 거절할 수 있는 필터 능력을 증진시킬 수 있다. 상기 첨가제의 실시예는 존스 등에 허여된 미국 특허 5,472,481호와, 크래터 등에 허여된 미국 특허 5,099,026호 및 5,025,052호를 들 수 있다.

또한, 여과 매체는 매립되거나 코팅되거나 그렇지 않을 경우 충돌 미립자를 견인하여 고착시키기 위한 점착성 기질로 처리될 수 있다. 상기 여과 매체는 매립되거나 코팅되거나 그렇지 않을 경우 화학반응제나 또는 여과를 강화시키거나 부가적인 결과를 생성하기 위해 일부 방식으로 유체 흐름과 반응하도록 설계된 기타 다른 성분으로 처리된다. 이러한 형태의 성분과 그 결과는 부가층에 의한 처리를 위한 상술한 바와 유사하다. 이러한 성분들은 활성탄이나 제올라이트 또는 유기분자를 제거하기 위한 알루미노실리케이트 또는 탈취제와 같은 흡습제와; 악취성 기질을 분해하기 위한 구리-아스코르브산과 같은 냄새제거 촉매와; 실리카겔과 제올라이트와 칼슘 클로라이드와 활성 알루미나와 같은 건조제와; UV 살균 시스템과 같은 멸균제와, 글록살 메타크릴산 에스테르 또는 향수와 같은 방향제와; 또는 Mg, Ag, Fe, Co, Ni, Pt, Pd, Rn 등의 금속이나 알루미나, 실리카 알루미나, 지르코니아, 규조토, 실리카-지르코늄, 또는 티타니아와 같은 캐리어상에 지지된 산화물 등을 포함하는 오존 제거제를 포함한다.

폴리머 필름과 같은 폴리머층상에 구성면, 특히 미세구성면을 제조하는 것에 대해서는 마렌틱에 허여된 미국 특허 5,069,403호 및 5,133,516호에 서술되어 있다. 구성층은 벤슨 2세 등에 허여된 미국 특허 5,691,846호에 서술된 원리나 방법을 이용하여 연속적으로 미세반복된다. 미세구성면을 서술하고 있는 기타 다른 특허로는 존스턴 등에 허여된 미국 특허 5,514,120호와 노린 등에 허여된 5,158,557호와, 루 등에 허여된 5,175,030호와, 바버에 허여된 4,668,558호를 들 수 있다.

이러한 기법에 따라 생성된 구성 폴리머층은 미세반복될 수 있다. 미세반복된 구성층의 제공은, 제품 대 제품으로부터의 실질적 이탈없이 또한 매우 복잡한 처리기법을 사용하지 않고서도 표면이 대량생산될 수 있기 때문에 매우 유리하다. "미세반복" 또는 "미세반복된" 이라는 용어는 구성면 특징부가 제품에서부터 제품까지 50㎛정도 변화되는 제조중 각각의 특징부 정밀도를 유지하는 처리에 의해 미세구성면의 생산을 의미한다. 미세반복된 표면은 구성면 특징부가 제품에서부터 제품까지 25㎛정도 변화되는 제조중 각각의 특징부 정밀도를 유지하도록 생산된다.

본 발명의 실시예에서 여과 매체층은 다양한 폴리머나 또는 열가소성 및 열경화성 및 경화성 폴리머를 포함한 코폴리머로 형성될 수 있다. 본 발명에 사용되는 바와 같이, "열경화성"과는 구분되는 "열가소성"은 열에 노출되었을 때 연화 및 용융되고 냉각시 재응고되어 여러 사이클을 통해 용융 및 응고될 수 있는 폴리머를 의미한다. 반면에, 열경화성 폴리머는 가열 및 냉각시 역행불가능하게 응고된다. 폴리머 체인이 상호연결되거나 교차연결된 경화 폴리머 시스템은 화학제나 이온화 방사선을 사용하여 실온에서 성형될 수 있다.

그 어떠한 구성층이나 본 발명의 제품의 성형에 사용가능한 폴리머는 폴리에틸렌 및 포릴에틸렌 코폴리머, 폴리비닐리덴 디플루오루라이드(PVDF), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 다른 폴리머 재료로는 아세테이트, 셀룰로스 에테르, 폴리비닐 알콜, 다당류, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리카보네이트, 및 폴리스티렌을 들 수 있다. 구성층은 아크릴레이트나 에폭시와 같은 경화성 수지재료로 성형되며, 열이나 UV 또는 전자빔 방사선에의 노출에 의해 화학적으로 촉진된 자유라디칼 통로를 통해 경화된다.

가요성 여과 매체를 필요로 하는 용도가 있다. 스미스 등에 허여된 미국 특허 5,450,235호와 벤슨 2세 등에 허여된 5,691,846호에 서술된 폴리머를 사용하여 구성된 폴리머층에 가요성이 부여될 수도 있다. 전체 폴리머층은 가요성 폴리머 재료로 제조될 필요는 없다. 예를 들어, 층의 일부는 가요성 폴리머를 포함하고, 구성부나 그 일부는 이보다 단단한 폴리머를 포함할 수도 있다. 상기 인용된 특허는 미세구성면을 갖는 가요성 제품을 생산하기 위해 이러한 형태의 폴리머 사용에 대한 내용을 서술하고 있다.

폴리머 블렌드를 포함하는 폴리머 재료는 계면활성제나 항균제와 같은 활성가소제의 용융블렌딩을 통해 변조될 수 있다. 구성면의 표면 변조는 이온화 방사선을 사용하여 기능적 분담의 공유결합이나 증착을 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 이온화 방사선에 의해 폴리프로필렌상에 단량체의 결합-폴리머화를 위한 방법 과 기법에 대해서는 미국 특허 4,950,549호와 5,078,925호에 서술되어 있다. 상기 폴리머는 폴리머 구성층에 다양한 특성을 부여하는 첨가제를 포함한다. 예를 들어, 탄성율을 감소시키고 가요성을 증가시키기 위해 가소제가 첨가될 수도 있다.

본 발명의 여과 매체는 층이 형성되기에 필요한 재료로 시작된다. 필요로 하는 두께를 갖는 이와 같은 적절한 재료 시트는 미세반복과 같은 방법(즉, 패턴된 롤이나 벨트상에 필름을 캐스팅하므로써)에 의해 필요한 표면 지형을 구비할 수 있다. 처리될 가스 흐름에 제공된 필터로서 작용할 수 있는 구성면을 갖는 단일층은 표면 구조부에 의해 형성된 유체 통로를 통해 흐르게 된다. 단일층 또는 복합층은 도포되거나 적층되었을 때 필터로서 사용할 수 있다. 적층된 층은 부가층의 제공 여부에 관계없이 설정된 패턴이나 관계로 배치되어, 층의 적절한 체적을 축적하게 된다. 이러한 층들은 상술한 바와 같이 서로 접합되거나, 또는 이러한 접합에 의하지 않고 서로 현수된 관계로 형성될 수 있다. 최종적인 층의 체적은 절단 등의 처리에 의해 필요로 하는 두께를 갖는 여과 매체로 바뀌게 된다. 그후, 이러한 여과 매체는 최종 사용가능 형태로 장착되거나 조립된다. 상술한 바와 같이 제조 단계에서 필요로 하는 처리가 가해질 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 여과 매체는대향면 위에 비직조 섬유성 재료층과 같은 기타 다른 여과 재료와 조합되거나, 취급이나 장착 및 조립 또는 사용을 촉진시키기 위해 다른 비여과 재료와 조합될 수도 있다.

본 발명의 양호한 실시예는 미세구조 베어링 요소와 같은 평행한 선형 지형을 갖는 얇은 가요성 폴리머 필름을 사용한다. 상기 "필름"은 일반적으로 얇고(5㎛이하) 가요성인 폴리머 재료 시트를 지칭한다. 높게 정렬된 미세구조 베어링 필름면을 갖는 저렴한 필름 사용에 의한 경제적 가치는 매우 크다. 가요성 필름은 다양한 재료와 함께 조합되어 사용될 수 있으며, 필요로 하는 지지체와 함께 또는 단독으로 사용될 수도 있다. 이러한 미세구성면과 기타 다른 층(제공되었을 경우)으로 형성된 여과 매체는 여러 용도에 사용하기 위해 가요성일 수 있지만, 용도에 따라 단단한 구성체와 연관될 수도 있다.

본 발명의 여과 매체의 구성층이 미세구성된 채널을 포함하는 실시예에서, 이러한 장치는 장치당 다수의 채널을 채택할 수 있다. 도시된 일부 실시예에서처럼, 이와 같은 미세구성층은 층당 10채널 또는 100채널 이상을 용이하게 함유할 수 있다. 일부 용도에서는 층당 1,000채널 또는 10,000채널 이상을 함유하기도 한다.

인용된 모든 특허는 본 발명에 참조인용되었다. 또한, 이러한 특허는 본 발명의 양수자가 공동으로 소유하고 있고 계류중인 하기의 특허출원 즉, 인슬레이 등에 허여되고 발명의 명칭이 "미세채널형 작동유체 이송장치"인 미국 특허출원 09/099,269호와, 인슬레이 등에 허여되고 발명의 명칭이 "미세채널형 작동유체 열교환기"인 미국 특허출원 09/099,632호와, 인슬레이 등에 허여되고 발명의 명칭이 "미세구조형 분리장치"인 미국 특허출원 09/100,163호와, 인슬레이 등에 허여되고 발명의 명칭이 "유체 이송장치에 부착하기 위해 개방된 미세구성면을 갖는 유체 안내장치"인 미국 특허출원 09/099,565호에도 인용되었다.

본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims

각각의 층에 형성된 구성면을 갖는 다수의 폴리머 구성층을 포함하며,

상기 다수의 구성층은 적층부의 표면을 통해 개방된 다수의 정렬 입구를 형성하며 정렬된 다공성 체적을 형성하는 정렬 유체 통로에 대응하는 구성면을 갖는 적층부로 형성되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제1항에 있어서, 상기 정렬된 유체 통로는 구성층의 구성면내에 형성된 다수의 유동 채널에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제1항 및 제2항에 있어서, 다수의 유동 채널은 2개의 측벽을 갖는 일련의 정점부에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제3항에 있어서, 유동 채널의 인접한 정점부의 측벽은 평탄한 바닥에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제3항에 있어서, 유동 채널의 인접한 정점부의 측벽은 적어도 하나의 서브정점부에 의해 분리되며, 상기 서브정점부는 각각의 유동 채널내에 다수의 서브 채널을 형성하며, 상기 정점부는 인접한 유동 채널에 현수되는 헤드를 포함하며, 헤드형 정점부가 구비된 유동 채널을 포함하는 구성층은 서로 대면하며, 상기 대면하는 하나의 구성층의 헤드형 정점부는 대면하는 다른 구성층의 헤드형 정점부와 결합되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제1항 내지 제5항에 있어서, 하나의 구성층의 유동 채널은 다른 구성층의 유동 채널과 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제2항에 있어서, 하나의 구성층의 유동 채널은 적층부내에서 인접한 구성층의 유동 채널에 대해 옵셋되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제1항 내지 제7항에 있어서, 상기 정렬된 유체 통로는 구성층의 구성면내에서 정렬 패턴으로 형성된 다수의 분리된 돌기에 의해 형성되며, 상기 분리된 돌기의 정렬 패턴은 기본적으로 정렬된 배열인 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제1항 내지 제7항에 있어서, 구성층의 적어도 2개는 서로 대면하며, 대면하는 층의 분리된 돌기는 정렬된 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제1항 내지 제9항에 있어서, 다수의 구성층의 적어도 일부는 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제1항 내지 제10항에 있어서, 다수의 구성층중에서 하나의 구성층의 적어도 일부를 덮고 있는 캡층을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제1항 내지 제10항에 있어서, 여과 성능을 강화하기 위해 2개의 인접한 구성층 사이에 위치된 적어도 하나의 부가층을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제12항에 있어서, 상기 2개의 인접한 구성층은 그 사이에 부가층이 제공되고 서로 대면하는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제12항에 있어서, 상기 부가층은 일렉트렛인 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제12항에 있어서, 상기 부가층은 강화된 미립자 제거, 오일과 물 반발, 악취 제거, 유기물 제거, 오존 제거, 살균, 건조, 및 방향제 유도 등의 적어도 하나의 장점을 제공하기 위한 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제1항 내지 제15항에 있어서, 다수의 폴리머 구성층의 적어도 일부는 폴리테트라플루오로에틸렌이나 폴리프로필렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제1항 내지 제16항에 있어서, 다수의 구성층의 적어도 일부는 여과 성능을 강화하도록 처리되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제1항 내지 제17항에 있어서, 상기 구성층은 일렉트렛 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제17항 및 제18항에 있어서, 상기 구성층은 강화된 미립자 제거, 오일과 물 반발, 악취 제거, 유기물 제거, 오존 제거, 살균, 건조, 및 방향제 유도 등의 적어도 하나의 여과 장점을 제공하기 위한 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제1항의 여과 매체를 유체 유동 통로에 위치시키는 단계와,

상기 유체를 여과 매체를 통과시키는 단계와,

여과 매체에서 유체로부터 미립자를 제거하는 단계는 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
제20항에 있어서, 상기 구성층은 강화된 미립자 제거, 오일과 물 반발, 악취 제거, 유기물 제거, 오존 제거, 살균, 건조, 및 방향제 유도 등의 적어도 하나의 장점을 제공하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
제20항 및 제21항에 있어서, 상기 구성층은 일렉트렛 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
제20항 및 제22항에 있어서, 상기 구성층은 금속화되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
제20항 및 제22항에 있어서, 상기 구성층은 표면코팅되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
제20항 내지 제24항에 있어서, 여과 장점을 제공하기 위해 인접한 구성층 사이에는 적어도 하나의 부가층이 배치되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
각각의 층에 형성된 구성면을 갖는 다수의 구성층을 제공하는 단계와,

구성면을 갖는 다수의 구성층을 적층하는 단계를 포함하며,

상기 구성면은 적층부의 표면을 통해 개방된 다수의 정렬된 입구를 형성하며 정렬된 유체 통로에 대응하므로써 정렬된 다공성 체적을 형성하는 것을 특징으로 하는 여과 매체 제조 방법.
제26항에 있어서, 상기 정렬된 다공성 체적내에서 다수의 구성층의 적어도 일부를 접합하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체 제조 방법.
제26항 및 제27항에 있어서, 구성층의 적층부를 얇게 절단하는 단계와, 특정 두께의 정렬된 다공성 체적을 형성하기 위해 상기 절단된 적층부의 적어도 일부를 제공하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체 제조 방법.
제26항 내지 제28항에 있어서, 강화된 미립자 제거, 오일과 물 반발, 악취 제거, 유기물 제거, 오존 제거, 살균, 건조, 및 방향제 유도 등의 적어도 하나의 장점을 제공하기 위해 다수의 구성층의 적어도 일부를 처리하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체 제조 방법.
제26항 내지 제29항에 있어서, 일렉트렛을 형성하기 위해 다수의 구성층의 적어도 일부를 변화시키는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체 제조 방법.
제26항 내지 제30항에 있어서, 다수의 구성층의 적어도 일부를 금속화하는 단계와, 여과 매체의 사용중 금속화된 층을 전압원에 연결하므로써 금속화된 층을 실제로 충전하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체 제조 방법.
제26항 내지 제31항에 있어서, 다수의 구성층의 적어도 일부를 표면코팅하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체 제조방법.
제26항 내지 제32항에 있어서, 여과 장점을 제공하기 위해 인접한 구성층 사이에는 적어도 하나의 부가층이 배치되는 것을 특징으로 하는 여과 매체 제조 방법.
층의 내부에 형성된 구성면을 갖는 제1주면이 구비된 적어도 하나의 폴리머 구성층을 포함하며, 상기 구성면은 다수의 정렬된 유체 통로를 제공하며, 구성면의 적어도 일부는 유사하게 구성된 처리되지 않은 폴리머층에 비해 그 미립자 제거성능을 강화하기 위한 처리를 받게 되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제34항에 있어서, 상기 구성층은 일렉트렛을 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제34항 및 제35항에 있어서, 구성층의 적어도 일부는 정전기적으로 충전되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제34항 내지 제37항에 있어서, 구성층의 적어도 일부는 점착성 기질로 처리되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제34항 내지 제37항에 있어서, 구성층의 적어도 일부를 덮는 캡층을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 매체.
제34항 내지 제38항에 있어서, 다수의 폴리머 구성층을 부가로 포함하며, 상기 각각의 폴리머 구성층은 층의 내부에 형성된 구성면을 갖는 제1주면을 포함하며, 상기 다수의 구성층은 적층부의 표면을 통해 개방된 다수의 정렬 입구를 형성하고 정렬된 다공성 체적을 형성하는 정렬 유체 통로에 대응하는 구성면을 갖는 적층부로 형성되는 것을 특징으로 하는 여과 매체.